Nodejs的模块实现

在Node中引入模块，需要经历如下3个步骤：（1）路径分析（2）文件定位（3）编译执行

Node中模块分为两类：

一是Node提供的模块——核心模块。这部分在Node源代码的编译过程中，编译进了二进制文件。在Node进程启动时，部分核心模块就直接加载进内存中，所以这部分核心模块引入时，省略掉文件定位和编译执行并且在路径分析中优先判断，加载速度是是最快的。

二是用户编写的模块——文件模块。在运行时动态加载，需要完整的路径分析、文件定位、编译执行过程，速度比核心模块慢。

1、优先从缓存加载

Node对引入过的模块都会进行缓存，以减少二次引入时的开销。不同的是浏览器仅仅缓存文件，而Node缓存的是编译和执行之后的对象。核心模块的缓存检查先于文件模块的缓存检查。

2、模块路径模块路径是Node在定位文件模块的具体文件时指定的查找策略，具体表现为一个路径组成的数组。

//module_path.js
console.log(module.paths);

windows下执行：module_path.js文件

C:\Users\XXX>node "d:\Program Files\nodejs\module_path.js"
[ 'd:\\Program Files\\nodejs\\node_modules',
  'd:\\Program Files\\node_modules',
  'd:\\node_modules' ]

可以看出模块路径的生成规则：

当前文件目录下的node_modules目录；父目录下的node_modules目录；延路径向上逐级递归，知道根目录下的node_modules目录。

3、文件定位

文件扩展名分析

require()在分析标识符过程中，如果标识符中不包含文件扩展名，Node会按.js\.json\.node的次序补足扩展名，依次尝试。

在尝试过程中调用fs模块同步阻塞式地判断文件是否存在。因为Node是单线程的，如果是.node和.json文件，在传递给require()的标识符中带上扩展名，会加快一点速度。另外一个诀窍是同步配合缓存，可以大幅度缓解Node单线程中阻塞式调用的缺陷。

4、模块编译

每个文件模块都是一个对象，它的定义如下：

function Module(id, parent){
    this.id = id;
    this.exports = {};
    this.parent = parent;
    if (parent && parent.children){
        parent.children.push(this);
    }

    this.filename = null;
    this.loaded = false;
    this.children = [];
}

定位到具体的文件后，Node会新建一个模块对象，然后根据路径载入并编译。不同的文件扩展名，其载入方法也有所不同，如下：

Node会调用不同的读取方式，如.json文件的调用：

//Native extension for .json
Module._extension['.json'] = function(module, filename){
    var content = NativeModule.require('fs'),readFileSync(filename, 'utf8');
    try{
        module.exports = JSON.parse(stripBOM(content));
    }catch(err){
        err.message = filename + ':' + err.message;
        throw err;
    }
};    
//Module._extension会被赋值给require()的extension属性。

在确定文件的扩展名之后，Node将调用具体的编译方式来将文件执行后返回给调用者。

每一个编译成功的模块都会将其文件路径作为索引缓存在Module._cache对象上，以提高二次引入的性能。
(1)JavaScript模块的编译
每个模块文件中存在着require、exports、module这3个变量，但是他们在模块文件中并没有定义，在Node的API文档中每个模块中还有__filename、__dirname这两个变量。
事实上，在编译过程中，Node对获取的JavaScript文件内容进行了头尾包装。

(function(exports, require, module, __filename, __dirname){//头部
    var math = require('math');
    exports.area = function(redius){
        return Math.PI * redius * redius;
    };
});//尾部

这样每个模块文件之间都进行了作用域隔离。包装之后的代码会通过vm原生模块的runInThisContext()方法执行（类似eval，只是具有明确上下文，不污染全局），返回一个具体的function对象。最后将当前模块的exports属性, require方法, module(模块对象自身), __filename, __dirname作为参数传递给这个function()执行。

执行之后，模块的exports属性被返回给了调用方。exports属性上的任何方法和属性都可以被外部调用到，但是模块中的其余变量或属性则不可直接被调用。